李伟[1]2013年在《低噪声高稳定性的半导体激光器电流源的研制》文中指出随着激光技术的发展，半导体激光器(LD)以其体积小、转换效率高、单色性好、方便集成、便于调制等于优点，广泛的应用于科研、医疗、通信、国防等领域。LD是一种以电流注入作为激励方式的半导体激光器，稳定可靠的半导体激光器驱动电源很大程度上决定了其工作特性和使用寿命。传统的恒流源采用线性调节和模拟控制方式，转换效率低、抗干扰能力差、可靠性差、无法提供智能化人机界面。本文介绍了一种根据激光器的工作特性研制的低噪声高稳定性的半导体激光器驱动电流源。首先，为了提高系统的智能化和可控化，提出了采用C8051F021单片机为控制核心的方案。单片机在工作过程当中由软件代替部分的硬件执行功能，减少了硬件数量，增加了集成度，而且使整个系统使用更加灵活和便于修改。其次，对系统硬件电路进行了设计。在电路设计上采用了自上而下模块化的设计方法，整个电路分为电源电路、恒流驱动电路、数据采集电路、保护电路、和单片机外围接口电路等一系列子电路。再次，对系统软件进行了设计。系统软件设计主要包括系统初始化、利用16位的PWM自加自减实现对半导体激光器的驱动、A/D转换的实现、通过IIC通信实现数据的传递等。在软件设计过程中还对LD工作过程中的电流和电压进行实时监控以防止电流过大或者电压超过LD的承载能力而损坏，并针对程序中跑飞和死机等情况采取了防范措施。最后，对研制成功的电流源进行了一系列的测试。主要包括电源纹波测试、电流源频响测试、电流源噪声测试和电流源稳定性测试。实验证明本文设计的电流源在使用中达到了良好的效果。
刘鹏[2]2004年在《用于半导体激光器恒流源的信号转换电路设计》文中认为随着科学技术的飞速发展，半导体激光器技术已深入到国民经济和国防建设的各个领域。在远距离通讯，激光雷达，数字信号的存储和恢复，激光测距，机器人，全息应用，医学诊断等方面都有广泛的应用。但半导体激光器是一种高功率密度并具有极高量子效率的器件，对工作条件要求非常苛刻。在不适当的工作或存放条件下，会造成性能的急剧恶化乃至失效。所以，使激光器正常工作的激光器驱动电源就显得尤为重要。传统的激光器恒流源多为纯模拟的产品，功能单一，操作烦琐，对激光器的保护不完善。本文介绍了一种实用型的基于单片机的高稳定度半导体激光器恒流源。该恒流源由单片机进行程序化控制，具有自己鲜明的技术优势。本论文主要阐述了恒流源的信号转换电路的设计及实现。共包括A/D转换部分电路，D/A转换部分电路，显示及编码输入部分电路和保护系统中的过热保护部分电路。经实验验证，这些电路及程序工作稳定，符合恒流源设计的要求。品质优良的半导体激光器驱动电源能输出稳定的驱动电流，并能对激光器进行可靠、有效地保护。在系统中嵌入MCU，能有效地实现上述功能。在本文中，系统的D/A，A/D部分主要采用AD7521和TLC2543来实现。他们转换快、稳定性好、与微处理器接口简捷，对本系统而言都是合适的器件。系统的显示部分采用北京精电蓬远显示技术有限公司的 MDLS-16265B液晶显示模块，分两行显示，每行十六个字符，可同时显示工作中的激光器的多种信息。以前，一般的数字程控的仪器都采用键盘输入的方式，这种方式设计简单，但对用户来说操作稍显烦琐。现在，很多国内外仪器采用编码输入的方式，操作简便可靠，深受用户喜爱。所以，本系统也采用了这种方式。系统保护部分共包括四个部分：延时保护、软启动保护、限流保护和过热保护。本文主要完善了限流保护部分并设计实现了过热保护功能。限流保护主要防止驱动电流超过激光器的额定电流而导致激光器损坏。在工作中，如果控制激光器温度的温控器失效，恒流源自身的过热保护功能可切断驱动电流，强
王国梁[3]2017年在《半导体激光器驱动电路设计》文中指出半导体激光器最突出的优点是体积小,重量轻,运转可靠,耗电少,效率高,在制造、通讯、清洗等领域得到了广泛的应用。半导体激光器的输出是否稳定取决于半导体激光器工作温度及注入电流的稳定性。因此,设计一款高稳定性及高效率的半导体激光器驱动电路是所必须的。本文介绍了半导体激光器工作原理以及特性,对于电流注入的大小非常敏感,同时温度的升高对于半导体激光器的性能也产生影响。根据这两点,设计出一款适合半导体激光器的驱动电路,能够稳定的输出恒压恒流以驱动半导体激光器,同时兼顾了半导体激光器的温度保护功能。本设计将激光器驱动电路分为叁部分,分别是功率变换电路、驱动电流控制电路、激光器保护电路。功率变换电路即开关电源电路,将市电转化为激光器所使用的低压恒压输出。驱动电流控制部分基于负反馈原理,采用最常用的集成运放、功率MOSFET管组成的恒流源电路来完成。激光器温度保护电路同样基于闭环控制思想,设计了利用工业温度传感器采集温度,之后经过反馈参数,调节电路工作状态,从而维持激光器的正常工作温度。最后,对所研制的半导体激光器驱动电源系统进行性能测试。开关电源可以完成小电压大电流的输出,恒流源驱动可以平稳的输出设计的阶梯电流,并且电流输出平稳,保护电路能够按照设计的参数正常的启动保护半导体激光器。
薛慧云[4]2014年在《半导体激光器用高稳定性双路恒流源的研究与设计》文中进行了进一步梳理半导体激光器做为光纤激光器的泵浦源被广泛应用,其物理特性决定了其需要被高稳定性、大电流的恒流源所驱动。本文给出了一种半导体激光器双路恒流源的设计方法,用于驱动功率等级为10W和30W的光纤激光器。由于同类的国外产品价格昂贵,因此设计出一款双路输出、性能稳定、保护措施完善并且成本低廉的激光恒流源驱动具有一定的现实意义和研究价值。本文综合运用数字信号处理器、恒流源、LED显示、旋转编码开关调节等技术,提出应用于中小型功率半导体激光器的开关型恒流源的设计方法。设计方案为:利用高度集成且性能稳定的同步降压控制器作为PWM控制芯片,并采用同步降压电路,构成PI调节电流闭环系统。高精度采样电阻对输出电流采样,采样值经采样调理电路输入由同步降压控制器和外围电路构成的PI调节电路,对采集数据进行运算、比较,实现对同步BUCK功率开关管的控制。DSP为核心的数字模块可以实现对电流的调节、过热保护、与上位机信息交互、AD采样和显示等功能。激光电源可以实现半导体的正常工作,也能实现过流和过热保护,通过反复的实验调试,恒流源的暂态特性和稳态特性均较为理想,满足设计需求。
郭萍[5]2017年在《基于FPGA的DFB可调谐激光器驱动技术研究》文中认为随着科学研究的不断深入,半导体激光器在工业生产以及科学技术研究等方面的应用越来越广泛。DFB半导体激光器具有一般半导体激光器的特点:本身体积小,集成度高并且本身具有输出可调谐信号的功能。但是DFB半导体激光器在工作中会受到环境因素的影响,对电流冲击的抵抗力差,其输出对于温度和电流变化的敏感度比较高。为了改善半导体激光器的输出信号的稳定特性,对其驱动电源的要求更加严苛,使得对半导体激光器驱动技术的研究不断地发展。本文针对调频连续波(FMCW)激光测量系统的需求,设计了基于FPGA的DFB可调谐激光器驱动系统。本文对DFB半导体激光器调谐驱动系统的设计主要是针对电流驱动和温度控制的研究。首先从原理和工作特性上分析DFB半导体激光器具体工作过程及其影响稳定性的主要原因。其次分析基本的恒流及恒温工作原理,提出了DFB激光器驱动系统方案。本文针对DFB半导体激光器的特性,设计基本的电流输出以及温度控制的模拟电路,并使用FPGA对系统进行数字闭环控制,提高驱动系统的稳定性,设计出了一种实用的数模结合的激光器电流驱动系统。在电流驱动过程中,通过FPGA控制DA模块以及DDS模块输出控制电压信号,经过加法电路后作为恒流源模块的输入电压,输出可调谐的稳定可调谐电流信号。在恒流输出控制部分,采用电流负反馈和数字PID双重控制,从而提高输出电流的稳定性,使得恒流输出时电流稳定度小于0.05%,达到设计要求。在恒温控制系统中,使用温控芯片MAX1978,通过设计外部模拟PID电路输出控制PWM驱动器输出电流控制TEC制冷制热,同时外部有数字PID灵活的进一步控制。最后在温度稳定时,温度波动在0.01℃范围内,达到设计要求。通过最后的系统验证,本文设计的基于FPGA的DFB可调谐激光器驱动系统能够有效的驱动DFB激光器的安全工作,最终输出的电流和温度的稳定性良好,满足设计的要求。
隋欣[6]2015年在《程控式半导体激光器恒流源的通信接口设计与实验研究》文中研究指明随着科学技术不断向前发展，电子电器设备涌现出越来越多的由计算机远程控制的程控仪器和设备，计算机与外围设备之间的良好通信问题成为当下电子电器领域的主要研究课题。由于现代技术导致的计算机和外围设备之间的数据通信量越来越大，数据类型越来越复杂，对通信要求越来越高，传统的通信方式已经渐渐地不能适应当下飞速发展的电子科技。此时，USB（UniversalSerialBus）以其独有的速度快、使用灵活方便、支持热插拔等优势迅速占领了通信传输界的市场，从此，串行通信总线技术在计算机通信和自动控制领域得到了广泛的应用。本文首先分析了半导体激光器恒流驱动器的一系列优缺点，并根据现有国内外研究现状提出了半导体激光器恒流驱动器所面临的瓶颈问题，提出了解决这一问题客观必要性和迫切性。同时学习了单片机技术和串行通信理论，了解了USB总线系统的基本特征、通信协议等基础知识，掌握了USB通信的基本原理和过程，在实验室原有程控仪器半导体激光器恒流驱动器的基础上，设计完成对半导体激光器恒流驱动器的上位机控制工作。接着，本论文着重研究了半导体激光器恒流源的工作原理和运行方式，在其原有硬件环境的基础上，运用面向对象编程的MFC编程模块成功编译了具有上位机控制功能的系统软件，达到了由计算机远程控制半导体激光器恒流驱动器的目的。与此同时，本论文应用该上位机控制软件，对不同的工作模式下的恒流源工作时电流进行采样，并利用MATLAB对所得数据进行处理分析，实现对恒流源的稳定性研究。
欧素萍[7]2013年在《半导体激光器驱动电源的设计与实现》文中提出随着科技的发展,半导体激光器凭其自身的显着特征,如体积小、重量轻、易于调制等,在光电子领域中得到了极为普遍的应用。半导体激光器在使用中性能是否稳定,主要取决于所用驱动电源的输出电流大小和环境温度的稳定。因此,为了使半导体激光器能够有稳定的工作状态,根据半导体激光器对驱动电路的要求,本文设计了一种可靠实用的半导体激光器驱动电源。本文设计的驱动电源包括预稳压模块、恒流源模块、保护模块、控制模块、A/D和D/A转换、液晶显示等。预稳压模块为整个电路提供稳定的工作电压,采用恒流源模块是为了提高输出电流的稳定性。控制电路以单片机STC89C52为核心,将采集的电流信号经过模数转换电路,送入STC89C52中与预先设定值进行比较后,将处理结果经过数模转换输出,达到对输出电流控制的效果。采用STC89C52控制电路,可以用软件功能实现硬件电路的部分操作,提高了系统使用的灵活性,节约了硬件方面的费用,同时实现整个电路系统的可控化。仿真和实际测量结果表明：当稳压电路的正负输入电压变化时,其输出电压比较稳定。驱动电源的输出电流在0-100mA范围内是连续可调的,且输出电流稳定性很好(1小时内波动值约为0mA)。
张莹[8]2015年在《半导体激光熔覆机驱动电源及能量控制研究》文中研究指明在激光加工方面,以全固态激光器取代闪光灯泵浦固体激光已经是大势所趋。驱动电源作为半导体激光加工设备的核心部分,其性能好坏直接影响到整个激光装置的技术指标。本文以半导体激光熔覆机驱动电源为研究背景,设计了相关硬件电路和应用程序,并进行了仿真和实验验证。论文完成以下研究工作：第一,根据半导体激光熔覆机驱动电源的技术要求,对驱动电源进行了软硬件设计。在研究恒流源的稳流原理的基础上,对恒流源驱动电路和光功率采集电路硬件进行了设计。恒流源驱动电路采用串联反馈式恒流源驱动模式,并设计了驱动器的浪涌消除电路、过流过压检测电路,同时对相关软件进行了设计。第二,对半导体激光器温度控制单元硬件和软件进行设计。包括温度采样电路、恒温控制电路、热电制冷电路。采用数字PI算法完成半导体激光器温度闭环控制。第叁,对激光熔覆机能量控制进行了研究。通过光功率采集,采用数字PI算法,完成了光功率的闭环调节。第四,对半导体激光熔覆机驱动电源的主回路进行了仿真和实验验证,同时对主回路瞬态、直流稳态和噪声进行了仿真分析。最后,对半导体激光器温控单元及光功率调节系统,进行了闭环仿真实验。通过以上仿真及实验测试结果,证明了文中设计的半导体激光熔覆机驱动电源的正确性。
杨永明[9]2014年在《脉冲恒流源控制系统设计》文中研究说明近年来,激光产业在军事、通讯、加工和科研等领域发展越来越快,大功率激光器的使用也越来越广泛,这样就对激光器的重要组成部分——激光电源的要求也就越来越高。一个激光电源的使用需要一个合适的控制系统来完成对它电流电压输出的控制。本文根据脉冲恒流源的要求,设计了基于AVR单片机嵌入式系统的脉冲恒流源控制系统。在该控制系统中,以AVR XMEGA128A1处理器为核心,配合FPGA与整个驱动电路的运行,实现实时控制与检测脉冲恒流源的工作状态,并在LCD液晶屏上显示出来。在该系统中,电源的电流电压输出值、脉宽、频率等参数均可调。单片机与电路设计中各种硬件保护电路协同合作,在最大程度上保障脉冲恒流源运行安全。单片机与PC机之间可以使用以太网完成通信,这样就可以通过PC机实现对脉冲恒流源的远程控制,这样在一些特殊的环境中就可以实现远程控制,降低了激光器对工作人员的人身伤害。该论文的主要内容包括：课题研究的意义与目的、论述了半导体激光器的发展状况、简单介绍单片机嵌入式系统、分析脉冲恒流源特性、电源控制系统的硬件设计、控制系统主程序与各子程序设计,最后做系统测试。
胡滢滨, 叶玉堂, 吴云峰, 叶林[10]2008年在《基于单片机的半导体激光器恒流源设计》文中指出介绍了采用集成运放反馈型结构的恒流驱动源设计,用于确保半导体激光器功率输出恒定。基于单片机的控制系统实现电流控制精度为0.1mA;采用大功率达林顿管作为调整管,输出电流连续可调整范围较大,该电源还具有限流保护、延时软启动等功能。
参考文献：
[1]. 低噪声高稳定性的半导体激光器电流源的研制[D]. 李伟. 燕山大学. 2013
[2]. 用于半导体激光器恒流源的信号转换电路设计[D]. 刘鹏. 吉林大学. 2004
[3]. 半导体激光器驱动电路设计[D]. 王国梁. 天津工业大学. 2017
[4]. 半导体激光器用高稳定性双路恒流源的研究与设计[D]. 薛慧云. 天津大学. 2014
[5]. 基于FPGA的DFB可调谐激光器驱动技术研究[D]. 郭萍. 哈尔滨工业大学. 2017
[6]. 程控式半导体激光器恒流源的通信接口设计与实验研究[D]. 隋欣. 吉林大学. 2015
[7]. 半导体激光器驱动电源的设计与实现[D]. 欧素萍. 郑州大学. 2013
[8]. 半导体激光熔覆机驱动电源及能量控制研究[D]. 张莹. 长春工业大学. 2015
[9]. 脉冲恒流源控制系统设计[D]. 杨永明. 西南交通大学. 2014
[10]. 基于单片机的半导体激光器恒流源设计[J]. 胡滢滨, 叶玉堂, 吴云峰, 叶林. 实验科学与技术. 2008
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